Java的NIO入门

Java
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2023-03-28
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Java的NIO入门

一、介绍

Java NIO是从Java 1.4版本开始引入的一个新的IO ，在传统的IO模型中，使用的是同步阻塞IO，也就是blocking IO。

而NIO指的是New IO，代指新IO模型。有些博客指的是not blocking IO，非阻塞IO，叫哪种都行，都是NIO。

在NIO中，最重要的两个东西就是缓冲Buffer和通道Channel了。继续往下看！

二、Buffer

缓冲区Buffer，可以理解成是一个含数组的容器对象，该对象提供了一组方法，可以更轻松地使用其中的数据。该对象记录了一些状态值，能够跟踪和记录缓冲区的状态变化情况。

后续的通道Channel的读取、写入操作都经过缓冲。

Buffer是一个抽象类，它的实现类有很多，但我们最常用的还是ByteBuffer，因为要和字节打交道嘛

img

它里面有四个最重要的状态值，分别是

  1. mark：标记
  2. position：当前读取或存储数据的索引位置，位置
  3. limit：当前缓冲最大可以写入或读取到的位置，极限
  4. capacity：当前缓冲的容量，容量

其中，mark<= position<=limit<=capacity，具体是什么作用，稍等看看演示代码，建议打开java的api文档来同步进行查看

1）初识缓冲

建议DEBUG，进入后查看上面的四个状态值的变化

package com.banmoon.test;

import java.nio.IntBuffer;

public class BufferTest01 {

    public static void main(String[] args) {
        // 创建容量大小为5的一个int缓冲
        IntBuffer buffer = IntBuffer.allocate(5);
        // 放入数据，初始化时position=0，每put一次，position++，不能大于limit
        buffer.put(1);
        buffer.put(2);
        buffer.put(3);
        buffer.put(4);// position=4, limit=5

        // 写入完毕，反转进行读取，反转过后，position=0，limit=4
        buffer.flip();

        // 获取数据，每获取一次，position++，不能大于limit
        System.out.println(buffer.get());
        System.out.println(buffer.get());
        System.out.println(buffer.get());
        System.out.println(buffer.get());// position=4，limit=4

        // 如果还想写入数据，清空此缓冲，再进行写入，重置position和limit
        buffer.clear();
    }
}

2）BufferUnderFlowException

BufferUnderFlowException异常，存的类型和取的类型不一致所导致的异常。

不同的类型的存储大小空间不同，所以会导致读取的异常

package com.banmoon.test;

import java.nio.ByteBuffer;

public class BufferTest02 {

    public static void main(String[] args) {
        // 创建容量大小为5的一个byte缓冲
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(100);
        // 放入数据
        buffer.putShort((short) 1);
        buffer.putInt(1);
        buffer.putLong(100);

        // 反转
        buffer.flip();

        // 取出数据
        System.out.println(buffer.getLong());
        System.out.println(buffer.getFloat());
        System.out.println(buffer.getLong());
    }
}

img

3）只读缓冲

可以将一个缓冲设置为只读，也就是说在缓冲有数据后，可以得到一个只读的缓冲，此缓冲不再支持写入。

package com.banmoon.test;

import java.nio.ByteBuffer;

public class BufferTest03 {

    public static void main(String[] args) {
        // 创建容量大小为5的一个缓冲
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(5);
        // 放入数据
        for (int i = 0; i < buffer.capacity(); i++) {
            buffer.put((byte) i);
        }

        // 反转
        buffer.flip();
        // 获取只读缓冲
        ByteBuffer readOnlyBuffer = buffer.asReadOnlyBuffer();

        // 循环读取
        while (readOnlyBuffer.hasRemaining()) {
            System.out.println(readOnlyBuffer.get());
        }

        // 写入只读异常会抛出ReadOnlyBufferException
//        readOnlyBuffer.put(1);
    }
}

img

三、Channel

Channel，称为通道，类似流，但与流有下面几点区别

  • 通道可以同时进行读写，而流只能读或者写
  • 通道可以实现异步读写数据
  • 通道可以从缓冲读数据，可以写入数据到缓冲

Channel是一个接口，常用的实现类如下

  • FileChannelImpl：文件相关的通道
  • ServerSocketChannel：类似BIO中的ServerSocket，用于TCP的连接
  • SocketChannel：类似BIO中的Socket，用于TCP的连接
  • DatagramChannel：用于UDP数据的读写

多说无益，先来看看他们的使用好吧，建议打开java的api文档来同步进行查看

1）写入输出文件

package com.banmoon.test;

import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;

public class ChannelTest01 {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        String str = "你好，半月无霜";
        // 创建一个输出流
        FileOutputStream outputStream = new FileOutputStream("E:\\repository\\test.txt");
        // 通过输出流获取通道
        FileChannel channel = outputStream.getChannel();
        // 将文字放入字节缓冲
        ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.wrap(str.getBytes());
        // 将字节缓冲写入到通道
        channel.write(byteBuffer);
        // 关闭输出流
        outputStream.close();
    }

}

2）读取指定文件

package com.banmoon.test;

import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;

public class ChannelTest02 {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        File file = new File("E:\\repository\\test.txt");
        // 获取文件输入流
        FileInputStream inputStream = new FileInputStream(file);
        // 通过输入流获取通道
        FileChannel channel = inputStream.getChannel();
        // 创建字节缓冲
        ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate((int) file.length());
        // 将通道中的数据读取到字节缓冲
        channel.read(byteBuffer);
        // 查看数据
        System.out.println(new String(byteBuffer.array()));
    }

}

img

3）拷贝文件

拷贝文件，也就是使用同一个Buffer完成读写，首先我们先准备好一个文件，我们重新创建一个文件hello.txt，如下

你好，半月无霜！
1、飞流直下三千尺，不及汪伦送我情。
2、醒时同交欢，儿女忽成行。
3、路漫漫其修远兮，壮士一去兮不复返！
4、后宫佳丽三千人，铁杵磨成绣花针。
5、问世间情为何物，两岸猿声啼不住。

开始拷贝啦

package com.banmoon.test;

import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.channels.FileChannel;

public class ChannelTest03 {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 获取文件输入流
        FileInputStream inputStream = new FileInputStream("E:\\repository\\hello.txt");
        // 通过输入流获取通道
        FileChannel channel01 = inputStream.getChannel();
        // 获取文件输出流
        FileOutputStream outputStream = new FileOutputStream("E:\\repository\\hello_copy.txt");
        // 通过输出流获取通道
        FileChannel channel02 = outputStream.getChannel();

        // 创建字节缓冲，故意设置小一点，可以多次进入循环，大家可以DEBUG感受一下是如何运行的
        ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(16);

        // 循环对文件进行读取，读取后进行写入
        while (true) {
            // 清空缓冲，清空上次循环的数据
            byteBuffer.clear();

            // 读取到缓冲
            int read = channel01.read(byteBuffer);
            // -1代表读取结束，退出循环
            if (read == -1)
                break;

            // 反转缓冲
            byteBuffer.flip();

            // 写入通道
            channel02.write(byteBuffer);
        }

        // 关闭流
        inputStream.close();
        outputStream.close();
    }

}

4）快速拷贝文件

拷贝文件，与上面不同的是，上面是自己写缓冲进行读写，这一次直接使用channel的api进行拷贝，方便快捷。

package com.banmoon.test;

import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.nio.channels.FileChannel;

public class ChannelTest04 {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 获取文件输入流
        FileInputStream inputStream = new FileInputStream("E:\\repository\\hello.txt");
        // 通过输入流获取通道
        FileChannel channel01 = inputStream.getChannel();
        // 获取文件输出流
        FileOutputStream outputStream = new FileOutputStream("E:\\repository\\hello_copy.txt");
        // 通过输出流获取通道
        FileChannel channel02 = outputStream.getChannel();

        // 转移复制通道
        channel01.transferTo(0, channel01.size(), channel02);
        // 或者可以这样写
//        channel02.transferFrom(channel01, 0, channel01.size());
        
        // 关闭流
        inputStream.close();
        outputStream.close();
    }

}

四、最后

NIO在上面的入门示例中，完全没有展现出NIO的同步非阻塞的特点与优势，后续会开单章补上。

先简简单单入个门吧，最主要的NIO就是缓冲和通道。

我是半月，祝你幸福！！！

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